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谈振动切削与零件加工表面完整性论文

时间：2022-07-24 05:39:26 论文收藏本文下载本文

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谈振动切削与零件加工表面完整性论文

篇1：谈振动切削与零件加工表面完整性论文

谈振动切削与零件加工表面完整性论文

论文关键词:刀具；夹具；机床；切削；加工；技术

论文摘要:论述了现代工业对零件加工表面完整性的要求，分析了零件加工表面完整性对零件使用性能的影响；讨论了振动切削的原理，指出振动切削是提高零件加工表面完整性的重要方法。

随着科技与生产的发展，高强度钢、高温合金、钛合金等新材料的应用日益增多。这些材料虽然具有良好的使用性能，但大多加工性能差，对其进行切削和磨削加工相当困难。因此在加工这些零件时，不仅要求保证其尺寸精度，而且要求保证其加工表面完整性。为了充分发挥新型材料良好的使用性能，研究和解决零件加工表面完整性问题显得尤为重要。

一、零件加工表面完整性对零件使用性能的影响

（一）表面粗糙度对零件使用性能的影响

表面粗糙度反映已加工表面的微观不平度高度。已加工表面粗糙度按其在加工过程中的形成方向分为纵向和横向粗糙度，一般将沿切削速度方向的粗糙度称为纵向粗糙度，垂直于切削速度方向(沿进给运动方向)的粗糙度称为横向粗糙度。一般纵向粗糙度主要决定于切削过程中产生的积屑瘤、鳞刺、刀具的边界磨损及加工过程中的变形与振动；横向粗糙度的产生除上述原因外，更重要的是受残留面积高度及副刀刃对已加工表面的挤压而产生的材料隆起等因素所支配，一般横向粗糙度比纵向粗糙度大得多。

当两个互相摩擦的零件配合时，由于零件表面粗糙不平，只有零件表面一些凸峰相互接触，而不是全部表面配合接触。由于实际接触面积小，因此单位面积上压力很大。当零件相互摩擦时，表面凸峰很快被压扁压平，产生剧烈磨损，从而影响零件的配合性质。同时，粗糙表面的耐腐蚀性比光滑表面差，因为腐蚀性物质容易聚集在粗糙表面的凹谷里和裂缝处，并逐渐扩大其腐蚀作用。

（二）冷作硬化对零件使用性能的影响

表面冷作硬化通常对常温下工作的零件较为有利，有时能提高其疲劳强度，但对高温下工作的零件则不利。由于零件表面层硬度在高温作用下发生改变，零件表面层会发生残余应力松驰，塑性变形层内的原子扩散迁移率就会增加，从而导致合金元素加速氧化和晶界层软化。此时，冷作硬化层越深、冷作硬化程度越大、温度越高、时间越长，塑性变形层内上述变化过程就越剧烈，进而导致零件沿冷作硬化层晶界形成表面起始裂纹。起始裂纹进一步扩展就会成为疲劳裂纹，从而使零件疲劳强度下降。切削加工后表面层的硬化程度取决于金属在切削过程中强化、弱化和相变作用的综合结果。当切削过程中强烈变形起主导作用时，已加工表面就产生加工硬化；而当切削温度起主导作用时，往往引起工件表层硬度降低和相变。因此，在加工中增大变形和摩擦都将加剧加工硬化现象，而较高的温度、较低的工件材料熔点则会减轻冷作硬化作用。

（三）残余应力对零件使用性能的影响

残余应力是指在没有外力作用情况下零件内部为保持平衡而存留的应力。残余应力的产生原因，一是在切削过程中由于塑性变形而产生的机械应力；二是由于切削加工中切削温度的变化而产生的热应力；三是由于相变引起体积变化而产生的应力。其中，切削表面层由于塑性变形，表面被拉长，基体的弹性变形易恢复，而表层的塑性变形不能恢复，因此表层受压，基体受拉，在表层产生残余压应力；切削温度的升高导致工件温度升高，但工件表层温度高于基体温度，待工件全部冷却后，表层冷却收缩受到基体的牵制，表面产生残余拉应力。影响残余应力的因素多而复杂，试验表明：凡能减小塑性变形和降低切削温度的因素都能使已加工表面的残余应力减小。

残余应力对零件的使用性能有很大影响。一般说来，如果残余压应力在表面层内足够大且分布合理，会提高零件的疲劳强度；而残余拉应力则会引起裂纹，使零件产生疲劳断裂和应力腐蚀。

（四）应用振动切削改善零件加工表面完整性

综上所述，改善零件加工表面完整性对于改善零件使用性能、延长零件使用寿命十分重要。控制加工表面完整性的方法较多。在普通切削、磨削加工中，可针对不同的加工工艺方法，合理选择刀具材料、刀具几何参数、切削用量和切削液，对零件进行表面处理和表面强化，从而得到要求的加工表面粗糙度和表面质量，改善零件加工表面完整性；此外，利用一些新的切削加工技术，如振动切削、低温切削、激光切削、水力切削等，也可达到提高加工表面质量、改善加工表面完整性的目的。

在改善零件加工表面完整性的众多方法中，振动切削技术较易实现且应用效果很好。

二、振动切削原理

振动切削的实质是在切削过程中使刀具或工件产生某种有规律的`、可控的振动，使切削速度(或进给量、切削深度)按某种规律变化，从而改善切削状态，提高工件表面质量。

振动切削通过改变刀具与工件之间的空间―时间存在条件，从而改变切削加工机理，达到降低切削力和切削热、提高加工质量和加工效率的目的。振动切削是一种脉冲切削，切削时间短，瞬时切入切出，切削时工件还来不及振动，刀具即已离开工件。根据动态切削理论和冲量平衡理论，采用振动切削时切削温度低，工件表面质量好。在振动切削过程中，由于刀具周期性地接触和脱离工件，其运动速度的大小和方向不断改变。振动切削引起刀具速度变化和加速度的产生，使加工精度和表面质量明显提高。振动切削的特点使其在改善零件加工表面完整性方面独具优势。

三、振动切削改善零件加工表面完整性的优势

（一）降低切削力和切削温度

振动切削时，刀具与工件间相对运动速度的大小和方向均产生周期性变化，被加工材料的弹塑性变形和刀具各接触表面的摩擦系数都较小，且切削力和切削热均以脉冲形式出现，使切削力和切削温度的平均值大幅度下降(切削力仅为普通切削时的1/2～1/10，切屑的平均温度仅40℃左右)，从而改善了切削条件，提高了工件加工质量和刀具使用寿命，减小了切削力引起的变形和切削温度引起的表面热损伤、表面热应力及工件热变形，尤其为需要热处理的零件减小热处理变形及裂纹创造了十分有利的条件，容易实现高精密加工。

（二）表面粗糙度小、加工精度高

振动切削破坏了积屑瘤的产生条件，同时由于切削力小、切削温度低及工件的刚性化效果，使加工表面粗糙度减小、几何精度提高。在振动切削中，虽然刀刃振动，但在刀刃与工件接触并产生切屑的各个瞬间，刀刃所处位置是保持不变的。由于工件与刀具在切削过程中的位置不随时间变化，从而提高了加工精度。

（三）刀具使用寿命长

振动切削时，由于切削力小、切削温度低、冷却充分，切屑的折断和排出都比较容易，可明显提高刀具使用寿命。如振动参数选择适当，一般可使刀具寿命延长几倍至几十倍，对难加工材料和难加工工序应用效果更好。用硬质合金刀具对不锈钢进行超声振动切削试验证明，刀具使用寿命比普通切削方式提高20倍。刀具寿命的延长不仅可节约刀具材料，减少辅助时间，降低加工成本，提高生产效率，而且有利于保证加工质量。

（四）切削液使用效果好

采用普通切削时，切屑总是压在刀具前刀面上形成一个高温高压区，切削液难以进入切削区，只能在刀具外围起间接冷却作用；采用振动切削时，由于切削为断续形式，当刀具与工件分离时，切削液从周围进入切削区，对刀尖进行充分冷却和润滑。特别在超声振动切削时，由于超声振动形成的空化作用，一方面可使切削液均匀乳化，形成均匀一致的乳化液微粒；另一方面切削液更容易渗入材料的裂纹内，可进一步提高切削液使用效果，改善排屑条件。

（五）已加工表面的耐磨性、耐腐蚀性提高

振动切削时，刀具按正弦规律振动，在已加工表面形成细小刀痕，类似二次再加工时形成的花格式网状花纹。大量花纹均匀密布在零件工作表面上，使零件工作时易形成较厚油膜，可提高滑动摩擦的耐磨性。振动切削的残余应力很小，加工变质层较浅，只在刃口附近有很小加工变形，工作表面金相组织变化很小，与材料内部金相组织几乎相当，因此提高了工件表面耐腐蚀性。切削试验证明，振动切削工件表面的耐磨性及耐腐蚀性接近于磨削加工表面。

篇2：零件精度与机械加工设计分析的论文

零件精度与机械加工设计分析的论文

摘要：科技的发展对工艺加工水平的提高起到一定的促进作用。同时也对零件的精度以及机械加工的设计提出更高的要求。目前，随着数控机床以及自动化技术的不断引入，对零件的加工对机械以及相关程序的依赖性很高。因此，应该从编程过程中对技术人员提高要求，保证质量，才能不断提高零件的加工精度，满足更多领域的需要。本文将会对零件的精度进行一定分析，同时阐述零件精度与机械加工设计之间的关系。

关键词：零件精度；机械加工；设计

作为科学技术中的一个重要成分，零件加工技术一直朝着更精确的方向发展，这也离不开机械加工技术的不断发展。当前零件加工技术作为一项重要技术，已经成为国与国之间综合国力较量的一个重要方面。我国机械作业对零件的加工不断改善，在很大程度上促进国家发展，创造了很大的经济效益以及社会效益。

1几何精度问题分析

加工过程中由于误差的存在，就会形成几何精度问题。机床的误差，刀具的误差都会引起这一问题。机床因素作为其中影响最严重的一个因素，主要是由于随着时间的累计，本身的磨损情况较为严重，从而造成零件加工的偏差。就一汽车地板加工为例，几何精度问题就会造成很严重的后果。再进行切削加工时，由于机床的磨损，导致主轴回转产生一定的误差，最终导致尺寸不合适，成为废件，造成严重的资源浪费。由于刀具的材料属性以及时间的磨损属性，导致刀具在工作时也会发生一定的偏差，加床与刀具的偏差对整个零件的加工将会产生致命的伤害，这种误差会被严重放大。另外，机床零件的夹具以及固定工具也会对零件的加工精度造成一定的不利影响。因此，在进行误差分析时，只有保证全面分析误差的成因，才能采用合适的方式以及机械设计方案进行不断改进，从而提高零件的加工精度。采取一定的补偿措施通常是应对零件加工误差的主要手段，就一汽车零件加工为例，加工人员可以按照机床的具体情况采取相应的措施，保证最后加工出来的零件在误差范围之内，不至于造成资源的浪费。另外，针对重要的零件，由于精度加工的要求较高，因此应该尽可能使用机床磨损程度较小的机械进行加工。目前随着相关技术的不断发展，针对数控机床，已经出现了专门的补偿器械对零件的加工进行控制。通过自动化的方式，秩序对参数进行一定的调整，就可以对精度进行控制。相信随着科学技术的不断发展，这种控制技术会越来越成熟，越来越方便。

2机械加工变形设计

受力变形是机械加工中常见的一种现象，由于在进行加工操作时，必须对零件进行一定的固定工作，因此导致零件必然受力。根据物理力学的统一理论，物体受力就会发生形变。这种形变的效果随着施加力的增加逐渐变得明显。切削力以及夹紧力是机械对零件加工时必须出现的两个力。这两种力以及其他的作用力都会导致零件发生变形。这种变形的后果就会导致机床以零件的相对位置发生一定的变动，这样就导致加工尺寸不精确，产生误差。另外，系统中的残余应力也会对其造成一定的不利影响，这些应力主要来源于各种工艺以及相应的结构，并且这些外部因素消失后，仍会有部分的影响存在于构件之内，这就是残余应力，残余应力会对整个系统造成影响，因此，在加工时需要采取相应的措施进行控制。

2.1受力变形设计

在使用机械对零件进行加工时，外力会导致零件的变形。通常会采用以下两种方案降低这种变形效果，从而提高加工精度。首先是在系统的本身出发，找到相关因素进行解决，提高加床、刀具、夹具以及加工零件的强度，可以有效对变形现象进行抵消，系统的强度会降低零件的变形程度；其次是系统之外进行解决，通过减少负荷的方式，降低变形发生的情况。第一种方案的优点就是可以提高加工精度同时保证工作效率，缺点是在一定程度上增加了成本；第二种方案可以具有针对性的进行处理，提高部件的'强度，是非常经济有效的改善措施。在企业中，应该根据自身的情况以及对加工的要求，对成本以及精度进行一定的衡量，保证自身的经济效益。

2.2热变形的设计

摩擦情况是零件加工时不能避免的现象，这种摩擦就会导致热量的产生，这种热效应也会对零件的精度造成一定的影响，尤其是质地较软的零件比如铝合金材料等。不同的热量对零件精度的影响程度不同，同时加工的时间也是衡量热量的一个重要因素，系统的热变形，会导致零件以及加工工具相对位置的变化，造成尺寸上的误差。热变形会导致起床以及零件都发生一定的变形，对精度的影响很大。这种情况对于精工轻薄的零件误差更为明显。为了降低热变形对零件以及起床的影响，通常会采用冷却的方式进行缓解。在加工过程中，通过不断的冷却，降低温度的偏差，就不会产生变形；补偿法是常用的另外一种方式，通过对零件加工的实践，采用物理方式将其朝着误差产生的相反方向进行一定的预设，在加工过程中就会产生抵消作用，从而保证零件的精度。降温防止变形还要作用于刀具之上，共同发挥作用。使用相应的润滑剂也可以实现效果。由于热量的产生跟摩擦的时间成一定的正比关系，因此采用物理方式即降低切削次数也是降低热源的重要措施之一。另外对于汽车零件的加工，由于相关的零件巨头特殊的材料特性，因此除了对加工温度进行降低之外，还应该从隔离热源的方式进行加工，保证零件的加工环境，从而降低由于热量造成的误差。

3结语

机械加工技术随着科技的不断进步取得很大发展，促使我国国内零件的加工精度不断提高。在具体的机械加工过程中，由于工序的影响以及操作技术的原因，导致在一定程度上造成尺寸的失误。这一点跟国外相比，我们依然有很大差距。应该不断研究相关的技术，不断改善当前的加工情况。同时注意对新材料的研发，利用特殊的材料特性进行对应的加工也是保证零件精度的重要方式。

参考文献：

[1]王坚,侯春林.机械加工工艺的节能问题[J].应用能源技术,2005(03):78-79.

[2]李银.浅析机械加工精度的因素[J].机械管理开发,2011(01):39-40.

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